Uppdrag5 fysik

Välkommen till ditt femte uppdräg i Fysik 2! Redovisning: Ditt färdiga studieuppdrag skickar du in här i Novo. OBS!!! Det går inte att sända uppdraget via mail till webbläraren. Rättning: Webbäraren kommenterar ditt inskickade uppdrag i Novo.

Övrig information: I samtliga uppdrag gäller att redovisa fullständiga lösningar. Uppställda ekvationer och uttryck i uppgifterna ska vara förklarade och motiverade. Detta kan ske genom lämpligt kort resonemang, där du förklarar hur du tänker med hänvisning till kända samband eller metoder, som du bygger din lösning på. Korrekt enhet ska anges i förekommande fall.

När du skall skriva matematiska tecken (bråk, olikheter m.m.), finner du sådana under symbolen

Frågorna finns också i en vanlig wordfil, som du finner längst ner i detta uppdrag. Det går bra att redovisa dina beräkningar direkt i denna, och sedan bifoga den på avsedd plats. Anvisningar för att skriva matematiska tecken, finner du i wordfilen. Om du är osäker på att använda datorn kan du göra vanliga handskrivna lösningar och sedan antingen scanna in sidorna eller digitalfotografera dem. Du infogar sedan bilderna i en fil som du bifogar längst ner i detta uppdrag. Figurer kan hjälpligt göras med ritverktygen i Word om du inte har tillgång till ett bättre ritprogram. Ett bra och lättanvänt verktyg för att rita grafer är Graph 4.3 som du kan ladda hem från http://padowan.dk/graph/. Om du vill använda andra avancerade matematikprogram eller ritprogram är du naturligtvis välkommen att göra detta.

Uppgifter 1. En växelspänning med frekvensen 50 Hz har toppvärdet 75,0 V. En lampa med resistansen 125 ohm ansluts till växelspänningen. a) Bestäm strömmens effektivvärde och toppvärde. b) Teckna en formel för strömmen i kretsen c) Bestäm effekten (medeleffekten) i lampan. Infoga din lösning nedan û/R=î=75/125=0.6A i toppvärde Ie=0.6/((2)^1/2)=0.42A i effektivvärde. I=U/R Formel som beskriver strömmen; skall formeln beskriva strömmen som funktion av tid blir det (75/125)*sin(wt) där w är 2*PI*f, f är 50 Hz. (det är I = U/R, där U beskrivs i tid som 75sin(wt)

P=UeIe => Ue=û/((2)^1/2)=53V P=0.42*53=22.3W

2.

En 1,50 m lång metallstav faller fritt och är under fallet hela tiden horisontell och orienterad i öst-västlig riktning. Det jordmagnetiska fältets vertikalkomposant på platsen är 50 µT och dess horisontalkomposant 15 µT. Hur stor är den spänning som induceras mellan stavens ändpunkter då farten är 10 m/s?

Redovisa din lösning nedan För en rak ledare med längden l som rör sig i ett magnetfält B med hastigheten v: e = B * v * l Vi har en stång med given längd som med känd fart rasar genom ett magnetfält med känd styrka. Staven är öst-väst-orienterad, vilket gör att det induceras en spänning i den. ( rörelse, magnetfält och spänningsinduktionen är ortogonala). Jag ska använda magnetfältets horisontalkomposant, för det är ju den delen av fältet som är vinkelrät mot både rörelsen och stavens utsträckning. E = 1.50 * 10 * 15E-6

3.

Nedan visas fyra magnetfält riktade åt olika håll. I vart och ett av dessa fält a) - d) finns en cirkulär slinga som kan rotera kring en axel AB. I vilken eller vilka av situationerna a) - d) induceras det en spänning över slingan? Förklara varför. a)

A

b)

A

B

c)

A

B

d)

B

A

B

Redovisa din lösning nedan A,B,C För att en spänning skall induceras i slingan måste det magnetiska flödet i slingan förändras. I situation d är magnetfältet riktat parallellt med slingans plan under rotationen. Det innebär att flödet genom slingan hela tiden är noll. Därmed induceras ingen spänning i slingan.

4.

Figuren nedan visar två spolar som ligger nära varandra. Lägg märke till att de är lindade på olika sätt. Vilket eller vilka av nedanstående alternativ är korrekta? a) Då strömbrytaren S sluts går det ström i ledaren från A till B. b) Då strömbrytaren S sluts går det ström i ledaren från B till A. c) Det går ström i ledaren AB endast då strömbrytaren S sluts eller öppnas. d) Det går ström i ledaren AB hela tiden så länge S är sluten.

a. Motivera ditt val!

Redovisa din lösning nedan

Då strömbrytaren i den högra kretsen sluts, uppkommer ett växande magnetfält B riktat åt höger i den högra spolen. Detta magnetfält bidrar till ett ökande magnetiskt flöde även i den vänstra spolen I den vänstra spolen induceras då en ström riktad så att flödesökningen motverkas (Lenz' lag). Enligt högerhandsregeln blir magnetfältet i den vänstra spolen riktat åt vänster då strömriktningen är från B till A Alternativ B stämmer Efter en kort tid har den magnetiska flödestätheten från den högra spolen nått ett konstant värde. Då är flödesändringen per tidsenhet noll och enligt induktionslagen flyter inte längre någon ström i den vänstra kretsen. Omedelbart efter det att strömbrytaren S slutits har vi ett växande flöde och då S öppnas har vi ett minskande flöde. I båda dessa fall får vi en kortvarig induktionsström genom den vänstra kretsen. Alternativ C stämmer

5. Smältpunkten för järn är 1535°C. En järnkula med radien 2,0 cm har temperaturen 1535°C. a.

Vid vilken våglängd är strålningen från järnkulan maximal?

b.

Hur stor effekt utstrålar från järnkulan?

Redovisa din lösning nedan Vid vilken våglängd är strålningen från järnkulan maximal? Man omvandlar grader till Kelvin: 1535C + 273 = 1808 K

Svar: strålningen är maximal vid 1.6*10-06 m

Hur stor effekt utstrålar från järnkulan? R=0,02m P=?

6. I spektrum från en galax finns en linje från väteatomen, med våglängden 121,5 nm. Man tror att galaxen rör sig bort från oss med en hastighet som är 5% av ljushastigheten. Vilken våglängd har spektrallinjen när den observeras här?

Redovisa din lösning nedan V=0,05c

7.

Jorden tar i dag emot strålningsintensiteten 1,4 kW/m2 från solen. Solen liksom många andra stjärnor kommer att öka i storlek och samtidigt bli kallare. Någon gång långt in i framtiden kan en mätning visa att våglängden vid strålningsmaximum är m= 610 nm och att solradien då ökat till 7,5.108 m.

a.

Hur stor strålningsintensitet tar då jorden emot från solen? Man kan anta att solen strålar som en absolut svart kropp. Man kan också anta att jordens avstånd till solen är lika stort som nu.

Redovisa din lösning nedan Wiens förskjutningslag: T=4750 K då λ=610 nm λ*T=2,8978*10^-3 Om solens radie är 7,5*10^8 m så är arean på solen . Stefan-Boltzmanns lag: då T=4750K och Avsåndet mellan solen och jorden är 1,496*10^11 m. Om vi tänker oss en sfär från solen på detta avstånd så kan vi räkna ut solens strålningsintensitet på denna sfär, där just jorden ligger. Denna sfär har arean 2,81*10^23 m^2. Strålningsintensiteten som är W/m^2 räknas då ut genom att ta effekten genom denna arean.U=P/A= /2,81*10^23 m^2 Vi får då 0,73 kW/m^2."

Obligatioriska laborationer

I samband med kapitlet ”Astrofysik” har du genomfört hemlaborationen "Solens effekt". Bifoga din laborationsrapport här!